车用燃料电池发动机热管理系统研究 (液冷模型)
现代汽车热管理系统研究进展
内容摘要
电动汽车集成热管理的一个重要研究方向是热管理系统的优化设计。在优化 设计过程中，需综合考虑模块化集成、控制策略、传感器技术等多个方面。近年 来，针对这一领域的研究成果颇丰，如：日本研究者成功研发了一种基于 PCM材 料的热管理系统，该系统能够有效降低电池温度，提高电动汽车的续航能力；美 国某公司则提出了一种智能控制策略，
四、实验研究
3、实验结果的分析和讨论：通过对比不同工况下的实验数据，发现所设计的 模糊控制策略能够有效调节各控制变量，实现对电池温度的精确控制。同时，双 层管道结构在减小流体阻力的同时，也提高了传热效率。然而，在某些极端工况 下，系统的稳定性有待进一步提高。
内容摘要
例如，目前的仿真技术无法完全模拟实际运行中的所有工况和环境条件，实 验测试则需要耗费大量时间和资源。因此，在研究过程中，需要充分考虑这些方 法的优缺点和不足之处，以便更好地为电动汽车集成热管理的研究提供支持。
内容摘要
综上所述，电动汽车集成热管理的研究在近年来取得了一定的进展，但仍面 临诸多挑战。未来的研究应着重以下几个方面：1）进一步深化对热管理系统优 化设计的研究，以实现更高效、更经济的冷却效果；2）加强多学科交叉研究， 综合考虑电动汽车热管理系统的物理、化学、电学等方面的特性；3）充分利用 先进仿真技术，提高系统建模和仿真精度；4）加强实验设计，通过实际测试验 证理论和仿真结果。
燃料电池汽车热管理系统设计与优化
燃料电池汽车热管理系统设计与优化
随着环境保护意识的提高以及对传统燃油车辆的限制措施，燃料电
池汽车作为一种清洁、高效的替代能源车型正逐渐受到广泛关注。而
燃料电池汽车的热管理系统则是其关键技术之一，直接影响着燃料电
池的性能和寿命。本文将重点探讨燃料电池汽车热管理系统的设计与
优化。
燃料电池的工作原理是通过将氢气与氧气进行化学反应生成电能，
同时产生热能。热管理系统的主要任务就是确保燃料电池的温度处于
适宜的工作范围内，避免过热或过冷的情况发生。
首先，燃料电池汽车热管理系统设计需要考虑燃料电池的稳定工作
温度。燃料电池的最佳工作温度通常在65-85摄氏度之间。因此，在设计热管理系统时，必须确保燃料电池能够在这一温度范围内工作，并
且避免因过热或过冷而导致系统性能下降或损坏。
其次，热管理系统需要满足燃料电池汽车的动态热负荷需求。在不
同的工况下，燃料电池的热负荷会有所不同。因此，热管理系统应具
备自适应能力，能够根据实时工作条件调整热量的传输和分配。例如，在低温环境下，可以通过预热系统来提高燃料电池的工作温度，以保
证其正常运行。
此外，为了优化热管理系统，可以采用多种技术手段。首先，采用
高效的散热材料和散热器结构，以提高热量的传输效率。其次，可以
采用动态冷却系统，通过根据需要调节风扇的转速和散热介质的循环
速度，来实现对燃料电池的精确控温。另外，利用热回收技术来回收
燃料电池产生的热能，以供车辆内部的其他部件使用，可以进一步提
高能源利用效率。
除了上述的设计原则和优化手段外，还需要充分考虑热管理系统的
可靠性和安全性。燃料电池汽车是一种工程复杂性很高的系统，其中
新能源汽车热管理系统分析报告
新能源汽车热管理系统分析报告
投资聚焦
研究背景
汽车电动化浪潮下，新能源汽车热管理系统的需求高增长；与传统汽车
热管理系统相比，新能源汽车热管理系统的单车价值量更高。我们在本篇报
告中深度研究了汽车电动化浪潮下热管理行业的变化，并结合分析推导出投
资策略。
创新之处
（1）在本报告中，我们从空调系统、电池热管理系统及整体解决方案
三个方面，对电动车和传统燃油车热管理系统的异同进行了定性和定量分
析，进而对电动车热管理系统的市场需求进行了测算。
（2）本报告投资策略的标的选择范围更广，我们在A股和新三板两个
市场中选择优质标的。
投资观点
汽车电动化趋势下，热管理行业迎来变革期。微观角度来看，与传统燃
油汽车相比，电动车热管理系统的变化包括：（1）热管理模块新增电池热
管理系统、电机电控热管理系统等；（2）空调系统动力源由发动机变为电
能，系统复杂程度明显提升；（3）热管理整体解决方案需更加重视功能实
现和能耗管理的平衡。以上变化反应在行业层面为：（1）热管理系统的单
车价值量明显提升，行业空间也相应增加；（2）行业格局或将出现变化。
根据我们的测算，2020年全球电动车热管理系统需求约300亿元，CAGR约50%，其中，中国市场需求约125亿元（CAGR44%），海外市场需求约175亿元（CAGR59%）。
我们认为在汽车电动化浪潮中，既有的汽车热管理竞争格局已有松动迹
象，国内企业存在弯道超车的可能性。我们首次给予汽车热管理行业“买入”评级，建议关注：
1、A股：三花智控（002050.SZ，全球空调阀门龙头）、奥特佳（002239.SZ，汽车空调压缩机龙头）、松芝股份（002454.SZ，客车空调龙头）、银轮股份（002126.SZ，汽车热交换器龙头）、中鼎股份（000887.SZ，密封件龙头）等；
新能源汽车电池冷却系统研究
新能源汽车电池冷却系统研究
作者：韩耀夫
来源：《时代汽车》2023年第24期
摘要：在新能源汽车的发展中电池模块是影响其续航里程、充电效率和使用安全的重要因素，也是消费群体关注的重点。新能源汽车电池充放电特性受环境温度影响较大，特别是在高温情况下，容易产生能量功率衰减现象，还可能诱发电池自燃等风险隐患，在进行电池组模块的设计过程中关注可控冷却，不断优化汽车电池组的工作性能。研究新能源汽车电池冷却系統应用的重要性，结合电池组冷却系统设计，详细分析四种常见的电池组冷却技术。
关键词：新能源汽车电池冷却系统
1 引言
在国家大力推行新能源汽车发展的大背景下，更多车企将研发试验的工作重点放在了新能源汽车上，特别是对其电池组的冷却散热技术优化可以更好地提升其运行性能，是车辆运行辅助的重点核心要领。在对新能源汽车电池组的冷却系统研究过程中，技术人员需要了解不同冷却技术的适用条件和冷却效果，结合冷却技术的差异化优势，充分考虑不同的车辆运行状况，构建更加高效安全的汽车电池冷却模式，合理控制汽车电池运行温度，助力新能源汽车实现更广阔的发展。
2 电池冷却系统应用重要性
面对化石能源的逐渐枯竭，新能源汽车节能环保和可持续性的发展优势正在逐渐取代传统的燃油汽车，也成了汽车行业的重要发展方向。常见的新能源汽车包括电动汽车、氢能源汽车等，其依靠可靠的电池组来实现不同能源向动能的转化。以锂电池汽车为例，在其充放电的过程中会涉及较高的有端电压，且额定工作温度在-30℃～+60℃，一旦出现运行环境温度较高的情况下，其充放电运行效率和循环使用寿命会有明显的下降，甚至可能会出现电池组自燃的状况，给驾驶人员的安全性带来了极大的威胁[1]。根据锂电池在充放电状态下的过程和原理分析，其内部的电子会出现补充和消耗的情况，而由于蓄电池内部电子的剧烈无规律运动，会表现出向外释放热能的现象，必须依靠可靠且安全的冷却系统来实现电池运行环境稳定的维护。常见的新能源汽车电池组以锂电池为主，其主要介质为磷酸亚铁锂材料，一旦出现高温运行环境可能会导致内液对电池外壳的腐蚀和泄漏等问题，不仅会给环境带来一定的污染，还可能会诱发其他的驾驶安全风险，必须引起汽车行业从业者和消费者的高度重视。
车用燃料电池热管理性能仿真与试验研究
2021年（第43卷）第3期汽车工程
Automotive Engineering2021（Vol.43）No.3车用燃料电池热管理性能仿真与试验研究*
郑文杰，杨径，朱林培，熊飞
（广州汽车集团股份有限公司汽车工程研究院，广州511434）
［摘要］热管理是影响燃料电池性能与寿命的重要因素之一，其中燃料电池热管理系统设计与建模是研究的难点。首先用理论推导方法建立燃料电池的热模型，并通过台架试验验证该模型的准确性。其次建立整车燃料电池热管理系统一维仿真模型，对影响电堆出水温度的风速和风温两个因素进行灵敏度分析。最后通过仿真计算，分析3种典型工况下电堆的出水温度，并开展整车环模试验进行验证。结果表明，所建立的燃料电池热管理系统模型可以准确分析电堆在不同工况下的出水温度，为整车开发过程中燃料电池热管理性能的分析与优化提供参考，对提高燃料电池汽车热管理水平具有实际的工程意义。
关键词：燃料电池汽车；热管理；热模型；仿真计算
Simulation and Experimental Study on Thermal Management
System of Vehicle Fuel Cell
Zheng Wenjie，Yang Jing，Zhu Linpei&Xiong Fei
Automotive Engineering Research Institute of Guangzhou Automobile Group Co.，Ltd.，Guangzhou511434
［Abstract］Thermal management is an important influencing factor of the performance and life of vehicle fu⁃el cell.Designing and modeling of fuel cell thermal management system is the key of thermal management research. Firstly，the thermal model of fuel cell is established by theoretical derivation method，and the accuracy of the model is verified by bench test.Secondly，the one⁃dimensional simulation model of vehicle fuel cell thermal management system is established to analyze the sensitivity of wind speed and wind temperature affecting the effluent temperature of the stack.Finally，through simulation calculation，the outlet water temperature of the stack under three typical working conditions is analyzed，which is verified by the vehicle ring model test.The results show that the proposed model of fuel cell thermal management system can accurately analyze the outlet water temperature of stack under dif⁃ferent working conditions，which provides a reference for the analysis and optimization of fuel cell thermal manage⁃ment performance in vehicle development process，and has practical engineering significance for improving the ther⁃mal management level of fuel cell vehicles.
2023电动汽车动力蓄电池热管理系统 第2部分：液冷系统
电动汽车动力蓄电池热管理系统 第2部分：液冷系统
1 范围
本文件规定了电动汽车动力蓄电池（以下简称“电池”）液冷系统的技术要求及试验方法。 本文件适用于电动汽车动力蓄电池液冷系统及其零部件。 本文件不适用于电动汽车动力蓄电池直冷系统。 2 规范性引用文件
下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。
GB/T 2408—2008 塑料 燃烧性能的测定 水平法和垂直法
GB/T 2828.1—2012 计数抽样检验程序 第1部分：按接收质量限(AQL)检索的逐批检验抽样计划 GB 38031—2020 电动汽车用动力蓄电池安全要求 QC/T 468—2010 汽车散热器 3 术语和定义
QC/T XXXX.1界定的以及下列术语和定义适用于本文件。
液冷系统 cooling system
采用冷却液（比如乙二醇的水溶液）作为换热介质对电池系统进行冷却的系统，一般由液冷板、液冷管、接头、进出口总成等零部件组成，如图1所示。
图1 液冷系统示意图
液冷板 cooling plate
利用换热介质对电池进行冷却或加热的结构件。
液冷管 cooling pipeline
引导换热介质流向液冷板的管路。
接头 jointer
连接液冷板与液冷管的部件。
液冷管
进出水口总成
液冷板
接头
流阻flow resistance
冷却液流过液冷系统受到的阻力损失。
4 要求
一般要求
4.1.1 外观
液冷系统各零部件外观应整洁、无损伤，标识应清晰。
新能源汽车热管理技术研究
新能源汽车热管理技术研究
随着世界各国对能源和环境保护的要求越来越高，新能源汽车
的市场份额不断扩大，成为汽车行业的一项重要领域。然而，新
能源汽车在使用过程中仍存在一些问题，其中最突出的就是热管
理问题。新能源汽车的电池和电控系统需要在高效率、高稳定性
和安全性的同时维持一个合适的温度范围，热管理技术的研究对
于新能源汽车的发展来说至关重要。
一、热管理技术的重要性
新能源汽车主要由电动机、电池组、电控系统、电子控制单元(ECU)及相关传感器等组成。这些装置在工作时会产生大量的热量，如果不能及时有效地排除这些热量，就会导致系统故障，进而影
响汽车的性能和使用寿命。因此，热管理技术对于新能源汽车的
发展至关重要。
二、新能源汽车的热管理技术现状
1. 散热系统
散热系统是新能源汽车热管理技术中最基础的部分，它主要负责将电池组所产生的热量散出去。目前，散热系统的主要形式分为三种：风冷式、水冷式和液冷式。其中，最为普遍的是水冷式和液冷式散热系统，这两种系统相比于风冷式具有更高的效率。经过多年的发展，现在的散热系统可以实现对整个电池组的温度分层控制，从而提高整体的效率和稳定性。
2. 热稳定技术
热稳定技术是针对电池组温度波动所引起的电池寿命衰减和安全隐患问题开发的一套方案。这种技术主要是通过改善电池的结构和控制电池组内的温度分布，从而延长电池的寿命和保障安全性。目前，热稳定技术已经广泛应用于电动汽车、混合动力汽车和燃料电池汽车等领域。
3. 能量回收技术
能量回收技术是一种节能减排的技术，它可以将制动过程中的能量转化为电能，然后储存在电池组中。这种技术的应用可以大大提高汽车的能量利用效率和续航里程，同时还可以降低对环境
基于模型预测的纯电动汽车动力总成热管理策略
基于模型预测的纯电动汽车动力总成热管理策略
1. 引言
1.1 背景介绍
随着全球对环境保护和能源可持续性的日益关注，纯电动汽车作
为清洁能源汽车的代表之一，受到了越来越多的关注和推广。纯电动
汽车在使用过程中存在着热管理方面的挑战。动力总成在工作过程中
会产生大量热量，而过高或过低的温度会影响电池性能、电机效率以
及车辆整体性能和安全。如何有效地控制纯电动汽车的动力总成温度，提高能源利用效率，延长车辆寿命成为了当前研究的热点之一。
传统的热管理策略通常是基于经验和规则制定，存在着效率低下、控制精度不高等问题。而基于模型预测的热管理策略则能够通过建立
热力学模型和控制算法，根据实时数据进行预测和优化控制，实现动
态调节系统的温度，提高系统的效率和性能。本研究旨在基于模型预
测技术，设计一种高效的纯电动汽车动力总成热管理策略，以提高车
辆的能源利用效率，延长动力系统的寿命，推动纯电动汽车技术的进
一步发展和应用。
1.2 研究目的
研究目的是通过基于模型预测的方法，设计一种有效的纯电动汽
车动力总成热管理策略。具体目的包括：优化电池和电机的工作温度，提高系统效率和性能；延长电池和电机的使用寿命，减少系统能量损耗；提高车辆的安全性和稳定性，优化车辆的动力性能和行驶舒适性；
降低能源消耗和排放，促进纯电动汽车的可持续发展。通过研究动力总成热管理策略，旨在为纯电动汽车的技术进步和市场推广提供有效的支持和指导，推动新能源汽车的普及和发展。深入探讨热管理系统的设计与优化，从而实现对纯电动汽车动力总成系统的有效控制和管理。本研究旨在为纯电动汽车的热管理技术提升和创新提供理论支持和实践指导，为新能源汽车行业的发展做出积极贡献。
氢燃料电池汽车的热管理系统设计原理
氢燃料电池汽车的热管理系统设计原理
氢燃料电池汽车是一种利用氢气作为燃料，通过化学反应产生电能的先进交通工具。然而，氢燃料电池的高温和低温运行条件对其稳定性和效能提出了严峻挑战。为了解决这一问题，热管理系统成为了氢燃料电池汽车中的核心系统之一。本文将探讨氢燃料电池汽车热管理系统的设计原理。
一、冷却系统设计
氢燃料电池在运行过程中会产生大量的热量，如果不能及时有效地冷却，将会对燃料电池的性能和寿命造成不利影响。因此，冷却系统是热管理系统中最重要的部分之一。
冷却系统通常采用液冷方式，其中最常见的方式是采用循环冷却剂来冷却燃料电池。在这种系统中，冷却剂通过循环管道流动，并通过燃料电池堆的冷却板或散热器进行热交换，将电池产生的热能带走。同时，冷却剂通过循环系统不断循环，确保燃料电池始终处于适宜的温度范围内。
为了提高冷却系统的效率，可以采用多种方式进行优化。例如，在冷却板或散热器的设计中，增加表面积以增强热交换效果；通过引入风扇或泵浦来增加循环速度；利用热管等高效换热元件来提高热传导性能等。这些设计原理的应用可以有效地提高氢燃料电池冷却系统的效能。
二、加热系统设计
除了冷却系统外，加热系统也是氢燃料电池汽车热管理系统中的关
键部分之一。在低温环境下，氢燃料电池的效能会显著下降，甚至无
法正常工作。因此，加热系统的设计对保证燃料电池在低温环境下的
正常运行至关重要。
加热系统通常采用电加热方式，通过电阻加热体将电能转化为热能，以加热燃料电池。加热体通常被安装在燃料电池堆附近，通过导热板
或导热管将热能传递给燃料电池，提升其工作温度。同时，加热系统
新能源汽车动力系统的热管理策略研究
新能源汽车动力系统的热管理策略研究
发布时间：2023-04-10T08:16:58.764Z 来源：《科技潮》2023年3期作者：陈友飞
[导读] 新能源汽车动力系统热管理是一项重要的技术挑战，尤其是在电动汽车中，因为高功率电子元件和高能量密度的电池会导致大量的热量产生。
苏州绿控传动科技股份有限公司
摘要：新能源汽车动力系统热管理是一项重要的技术挑战，尤其是在电动汽车中，因为高功率电子元件和高能量密度的电池会导致大量的热量产生。为了保证电动汽车的高效、稳定、安全运行，需要研究并实现有效的热管理策略。本文首先介绍了新能源汽车的热管理问题，然后详细讨论了热管理策略的研究进展和未来方向。最后，结合实际案例，分析了目前热管理策略的局限性和存在的问题，并提出了一些改进建议。
关键词：新能源汽车；动力系统；热管理；研究进展；改进建议
引言
新能源汽车是未来汽车发展的趋势，由于其环保、经济、高效的特点，得到了越来越多的关注。然而，新能源汽车在热管理方面面临很多挑战。热管理是确保新能源汽车高效、稳定、安全运行的关键技术之一。新能源汽车动力系统中，电机、变速箱、电池等元件的高功率运行会产生大量的热量，若不能及时有效地散热，将会对车辆的性能和寿命产生负面影响。因此，研究和实现有效的热管理策略对于新能源汽车的发展具有重要意义。
1 新能源汽车热管理问题
1.1 新能源汽车热管理问题
随着全球环保意识的日益提高，新能源汽车作为一种环保、高效、经济的交通工具，逐渐成为了汽车工业的重要发展方向。新能源汽车的动力系统主要包括电机、变速箱、电池等元件，相较于传统燃油车，其动力系统具有更高的功率密度、能量密度和效率。然而，高功率电子元件和高能量密度的电池在工作过程中会产生大量热量，因此，如何有效地管理和散热成为新能源汽车热管理的重要问题。
电池液冷系统的设计终稿讲解
摘要
电动汽车因其节能环保的优点已成为当今汽车产业发展的潮流。但是，电动汽车的电池包在使用过程中的发热现象是一个值得注意和研究的问题。其热量的存在不仅影响电池的性能，而且存在着安全问题。因此电池包的热管理系统是电动汽车和混合动力在所有的工况和环境下安全有效行驶过程中必不可少的辅助系统。
本文第一部分探讨了课题研究的意义以及国内外的研究现状；第二部分简单的介绍了动力电池的特点（以镍氢电池为例）和电池包的散热技术；第三部分针对电池包的结构设计提出了一些具体的设计流程、要求以及参数确定；第四部分以某新能源科技有限公司生产的高性能镍氢动力电容电池-NMCH300S为例运用Pro/E三维软件对电池箱体建模，并用Auto-CAD绘制机械工程图；第五部分运用有限元ANSYS软件对箱体强度校核；第六部分介绍电池冷却系统的其他设备。
本论文总结电池散热系统的冷却方式，运用三维建模软件设计出了电池包的机械结构并绘制出了电池包的机械工程图，并校核了电池包满足其基本的强度要求。
关键字：液冷散热系统，动力电池，箱体设计，强度校核
I
Abstract
Given the advantages of energy saving and environmental protection，Electric vehicles has become the development trend of today's automotive industry. However, the electric car battery package in the course of the fever phenomenon is worth paying attention to it. The existence of the heat not only affects the battery performance, but also be a security problems. Battery package thermal management system is essential auxiliary systems in the process of electric cars and hybrid driving safe and effective under all conditions and environment.
汽车动力电池热管理系统分析与设计
汽车动力电池热管理系统分析与设计
【关键词】动力电池；动力电池热管理；冷却系统；加热系统；保温系统
0 引言
动力电池热管理（battery thermal management system， btms）是汽车动力电池系统的重要组成部分，它不仅对电池性能、寿命、安全等有重要影响，而且它是电动汽车整车热管理的重要组成部分，与整车热管理有着密不可分的关系。随着电动汽车市场推广程度的逐渐深入，对电池系统热管理的要求也越来越高。目前已有不少学者对动力电池热管理系统进行研究。电池生热理论是电池热管理首先需要解决的问题，这个领域研究较早。有关研究系统分析了电池散热能力的影响因素[1]。有研究提出了btms的设计方法，并详细论述了各种散热系统，包括空冷系统、液冷系统、相变冷却、热管冷却和复合冷却等[2]。但是，该研究仅仅讨论了各种冷却系统，并没有全面分析与探讨完善的热管理系统。同样地，有些研究把问题焦点集中在电池散热上，包括散热结构设计、仿真分析等等[3-4]，很少有研究从总体上较全面的讨论动力电池热管理系统设计。鉴于此，本论文对动力电池热管理进行系统分析，并对总体设计做一论述。
1 动力电池热管理系统结构与功能的分析
从宏观上讲，动力电池热管理是对电池系统内部热环境进行控制、调节和利用。其目的是为了使动力电池工作在一个最佳的热环
境，充分发挥电池的性能。同时，提供一个能量平衡的环境，实现整车能量的综合利用。具体而言，热管理就是在电池系统中温度过高时，对系统进行降温；在温度过低时，对系统进行升温；在特殊情况下，譬如停车等待过程中，要对系统进行保温。根据热管理的不同应用场合和功能，分为冷却系统、加热系统和保温系统。
氢燃料电池汽车的热管理系统设计原理
氢燃料电池汽车的热管理系统设计原理
随着能源危机和环境污染问题的日益严重，氢能作为一种清洁能源
逐渐受到重视。氢燃料电池汽车作为一种重要的交通工具，不仅具有
零排放、高效能的特点，还可以通过热管理系统有效地提高燃料利用
率和安全性能。本文将探讨氢燃料电池汽车的热管理系统设计原理。
一、热管理系统概述
氢燃料电池的工作过程中会产生大量的热量。如果不对其进行合理
的热管理，电池温度过高或过低都会影响电池性能和寿命。因此，热
管理系统的设计至关重要。
二、冷却系统设计原理
氢燃料电池汽车的冷却系统通常采用液冷方式。主要原理是通过冷
却剂循环对电池进行冷却，将热量带走，保持电池的适宜工作温度。
冷却系统中的冷却剂可以是水或者其他低温制冷剂。在设计时需要考
虑冷却剂的流动路径、冷却系统的散热面积和冷却剂的流速等参数，
以确保电池能够保持在合适的温度范围内。
三、加热系统设计原理
在低温环境中，氢燃料电池的工作效率和寿命都会受到影响。因此，热管理系统还需要包括加热系统来提供适宜的工作温度。加热系统通
常采用电加热或者余热回收的方式，对电池进行加热。设计时需要考
虑加热系统的功率和加热方式，以及与冷却系统的协调工作，使电池
能够在不同环境温度下工作正常。
四、热回收系统设计原理
氢燃料电池的运行过程中会产生大量的热量，如果能够对这些热量进行合理的回收利用，不仅可以提高燃料利用率，还可以减少能量浪费。热回收系统通常利用换热器和热交换器来回收电池产生的废热，并将其用于加热电池或供给其他系统使用。设计时需要考虑废热的回收效率和利用方式，以及与其他系统的协调工作。
燃料电池发动机热管理之冷却系统
一、设计输入（假设、计算用）
其中：电堆功率是指燃料电池能够输出的功率
最高出水温度对应散热器最高进水温度
最高进水温度对应散热器最高出水温度，即散热器必须将冷却介质将至60℃以下
空间尺寸非散热器有效散热尺寸，需考虑安装、储水等零部件占据空间
———————————————————————————————————————二、电堆所需散热量计算
氢氧燃料电池阳极反应式为：
Anode：H2→2H+ + 2e-
放出两个电子可变成电能，而放出电子所带电量为：
-2 N e= -2 F 注：负值表示放出能量
式中 N：阿伏伽德罗常数；e：一个电子所带电量；F：法拉第常数
由上式知道转换得到的电功为：△gf = -2 F * E → E=△gf /（-2 F）
式中△gf：吉布斯自由能
若氢燃料所有的能量，都转变为电能，则电动势为： E=△gf /（-2 F）
查询相关资料（氢气吉布斯自由能和法拉第常数具体数值），计算得E=1.48V（单位摩尔）搜集现有电堆测试所得电动势， E值约为0.65V，即可得此燃料电池电堆效率约为44%
结合上述假设电堆有效功率为50KW，则所需散热量约为65KW；
则散热器所需散热量为65KW（最大流量下目标值）
---PS:
现有电堆的效率水平在45%附近，若无电堆实测值，可按此经验值计算。———————————————————————————————————————
———————————————————————————————————————
2024版新能源汽车电池热管理系统PPT课件
电池工作原理
通过化学反应将化学能转化为电能， 为汽车提供动力。
电池热特性
电池在充放电过程中会产生热量，热 量积累会影响电池性能和寿命。
热管理系统组成及作用
组成
传感器、控制单元、执行器等。
作用
监测电池温度，控制电池在适宜温度下工作，确保电池性能和寿命。
热管理系统工作原理
温度监测
通过传感器实时监测电池温度。
新能源汽车电池热管理系统PPT课 件
目录
• 引言 • 电池热管理系统基本原理 • 电池热管理系统关键技术 • 电池热管理系统性能评价 • 新能源汽车电池热管理系统应用案例 • 电池热管理系统未来发展趋势与挑战
01
引言
Chapter
新能源汽车现状及发展趋势
新能源汽车市场规模及增长趋势 新能源汽车种类及技术特点 政策支持与市场驱动因素
智能化与自动化 借助人工智能、大数据等技术，实现电池热管理系统的智 能化和自动化，提高系统的自适应能力和运行效率。
集成化与轻量化 通过结构优化和集成化设计，降低电池热管理系统的体积 和重量，提高新能源汽车的能效和行驶性能。
当前面临的主要挑战
热管理效率问题
当前电池热管理系统在极端温度条件下的效率有待提高，以满足新 能源汽车在各种环境下的稳定运行需求。
系统安全性问题
随着电池能量密度的提高，热管理系统的安全性问题日益突出，如 何防止热失控、确保系统安全运行成为重要挑战。
汽车行业深度研究：新能源热管理系统（一）：量价齐升，本土供应链崛起
[Table_Title]
汽车行业深度研究
新能源热管理系统（一）：量价齐升，本土供应链崛起
2022 年 08 月 19 日
【投资要点】
◆新能源汽车热管理是驾乘安全与舒适性的重要保证，其相较燃油车有
根本性改变。从功能看，新能源汽车增加了动力电池的制热需求；从实现方式看，新能源汽车空调制热时需要额外增加PTC或热泵，压缩机需升级为电动压缩机，三电系统热管理也需要增加相应的回路。其整体构造更加复杂，涉及零部件更多。为了避免复杂系统带来的管路冗余，新能源汽车热管理系统正朝着集成化发展。
◆从市场空间看，2025 年全球新能源汽车热管理市场规模有望突破
1000亿元。单车ASP：据电器工业测算，新能源汽车热管理系统的复杂化、集成化带来单车ASP相较传统燃油车 2-3倍的提升；量：据BNEF预测，2025年全球新能源汽车销量有望达到2060万辆，2021-2025年GAGR 32.9%。据NE时代，2025年全球新能源汽车热管理系统市场规模可达1000亿元以上，2021-2025年GAGR 28.2%。
◆从供给看，国内厂商有望从核心零部件供应商向外延伸成为系统供应
商。早期国内厂商由于单独提供集成系统的能力较弱，主要供应的是压缩机、阀类、泵类等零部件。近年来，随着技术与生产水平的逐渐成熟，部分企业通过加大研发或并购等方式掌握了局部模块的整合能力，在成本优势的加持下，获得了下游车企的部分订单。随着新能源渗透率的不断攀升与国内新能源整车厂的崛起，热管理供应链有望不断向国内转移。国内热管理企业在局部模块的基础上继续延伸，打造更高效的集成化热管理系统，未来有望更加充分的享受市场红利。
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影响；应用该模型计算分析了某６５ ｋＷ车用燃料电池热管理系统对燃料电池堆性能的影响、热管理系统运行参数
的控制依据和散热器布置形式的影响等。结果表明，应主要通过调节冷却风扇转速来调整电池堆温度，通过调节
冷却水泵来保持电池堆进出口水温温差；散热器并联要优于散热器串联。
关键词：燃料电池发动机；热管理系统；相互作用；风扇；水泵
图２水泵及风扇转速对燃料电池堆性能的影响
功率无显著影响，随着风扇转速的提高，水泵转速对 电池堆发热功率的影响逐渐增大。图２ｄ表明，随着 风扇和水泵转速的增加，燃料电池发动机的效率呈 下降趋势。
由上述分析可知，运行中如需调整电池堆温度， 应主要通过调节风扇转速实现；若仅在一定范围内 调节水泵转速，可能无法实现调节电池堆温度的目 标；若调节水泵转速至能够影响电池堆温度的范围， 又无法保证电池堆进出口水温温差在合理范围内。 此外，如持续提高水泵转速至一定数值以上，水泵转 速的提高只能增加热管理系统的功耗，造成能量损 失，降低发动机效率，却无法降低燃料电池堆温度。 ２．２ 燃料电池堆性能对热管理系统的影响
目前，大部分燃料电池热管理的研究只考虑散 热［６培］，而对系统内各部件相互影响的研究不多。 Ｚｈａｎｇ Ｙ．Ｊ．等人建立了燃料电池发动机的热管理 系统模型，分析了系统运行参数及参数间相互作用 对系统热性能的影响，但未考虑热管理系统对电堆 性能的影响［９］。
本研究建立了质子交换膜燃料电池发动机热管 理系统模型，考虑了热管理系统内各部件及其与燃 料电池堆性能相互作用；Biblioteka Baidu用该模型对某６５ ｋＷ燃 料电池发动机试验台的热管理系统进行计算分析， 仿真计算基于一维流体系统分析软件ＦＬＯＷＭＡＳ—
Ｖｆｃ＝Ｅ＋啦。。＋啪ｈＩｎ，
（３）
式中，Ｅ，啦¨啦ｈ分别为电池开路电压、电池活化过
电位和电池欧姆过电位，单位为Ｖ。
电池开路电压由反应物与生成物之间能量平衡
求得，可由Ｎｅｒｎｓｔ方程计算
Ｅ一１．２２９—８．５×ｉ０－４（Ｔ一２９８．１５）＋
１
４．３０８ ５×１０一Ｔ［１ｎ（ｐＨ，）＋÷ｌｎ（夕ｑ）］， （４）
一
厶
式中，ＰＨ。为Ｈ。在阳极催化剂／气体界面处的分 压，单位为１０５ Ｐａ；Ｐ瓯为ｏ。在阴极催化剂／气体界 面处的分压，单位为１０５ Ｐａ；ＰＨ。和Ｐｏ。分别由阳极 和阴极进气压力计算得到，计算方法参见文献［１２］。 本研究在计算中阳极和阴极进气压力均为 ３×１０５ Ｐａ。电池活化过电位为［１们
啦。一＆＋岛Ｔ＋￡Ｔ［１ｎ（Ｃｏ。）］＋
燃料电池堆运行 时的发热功率为
散 热 器
图１燃料电池发动机热 管理系统
ｑ—Ｎ｛Ａ（一筹一Ｖｆｃ），
（１）
厶Ｉ’
式中，Ｎ为电池堆中的电池片数，本计算中为
６５０片；ｉ为电流密度，单位为Ａ／ｃｍ２；Ａ为电池活
化面积，单位为ｃｍ２；Ａｈ为单位反应产物（水蒸气）
的生成焓，一２４１ ８３０ Ｊ／ｍｏｌ；Ｆ为法拉第常数，
ＮＴＵ—Ｃ关系的确定见参考文献Ｄ２３。空气与冷 却水通过散热器的换热量为
口。ｄ—ｅｑ。。。一ｅ（批ｐ）Ｉｎｉ。（Ｌ，３一Ｔａ，１）， （８）
式中，Ｔｗ。。为冷却水入口温度，单位为Ｋ；Ｌ，。为风 扇侧入口温度，单位为Ｋ。
当热管理系统处于热平衡状态时，冷却水从燃 料电池获得的热能全部由散热器排出，则毒ｒａａ一毒。。
（６）
式中，Ｒ妇为电池内电阻，单位为Ｑ。
Ｒ。ｈｒｎ一鑫＋＆Ｔ＋岛（ｉ·Ａ），
（７）
式中，经验参数鑫，岛和岛的取值分别为３．３０×
１０一３，一７．５５×１０—６和１．１×１０—６。 １．２ 部件模型
散热器模型采用传热单元数（ｅ—ＮＴＵ）法。 传热单元数为ＮＴＵ＝ＫＡ。／（缸。）岫；热容量
流率比为Ｃ一（施，）。ｉ。／（施。）。。；散热器的ｅ—
模拟计算中热管理系统的部件性能参数主要取 自某６５ ｋＷ燃料电池发动机试验台采用的热管理 系统。该系统采用的水泵为轴流式，标定转速为 ２ ８２０ ｒ／ｍｉｎ；轴流式风扇，直径为０．４５ ｍ，标定转速
２ ０００ ｒ／ｍｉｎ，板翅式散热器总传热面积（Ａ。）约为 ９．２９ ｍ２，传热系数（Ｋ）为２２７ Ｗ／（ｍ２·Ｋ）。 １．３ 边界条件
０４１７．
Ｅ２３３ ［３］
ＧＭ ＵＳＡ．Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ Ｅｎｇｉｎｅ ｗｉｔｈ Ｓｉｍｐｌｅ Ｔｈｅｒｍａｌ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ｏｆ Ｈｙｄｒｉｄｅ Ｓｔｏｒａｇｅ［Ｐ］．ＵＳ Ｐａｔｅｎｔ，Ｎｏ． ＵＳ ６１９５９９，２００１． ＩＦＣ ＵＳＡ．Ｔｈｅｒｍａｌ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ｏｆ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ Ａｓｓｅｍ—
瑚
３，‘ ｛堇
毫 ！
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０．２
粥
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∞、
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婪 加趣
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ｍ
Ｏ．３
０．４
Ｏ
０．５
０．６ ０．６５
电流密度／Ａ·ｃｍｔ
图３不同电流密度对应的风扇转速
２．３ 散热器布置形式的影响 由于普通车用散热器的体积和散热面积有限，
为了满足系统散热要求，在燃料电池发动机热管理 系统设计中，可能采用多个散热器布置在系统中。 第１５页图４所示为串联和并联两种不同的热管理 系统布置形式。第１ ５页图５所示为水泵转速 ２ ０００ ｒ／ｍｉｎ时，上述热管理系统中风扇转速对电池 堆温度的影响。在风扇转速较低时，并联系统散热 效果优于串联￡风扇转速较大时，两种形式差别不 大。考虑到燃料电池发动机的效率，在两散热器并
中图分类号：ＴＫ９１
文献标志码：Ｂ 文章编号：１００１—２２２２（２００６）０６—００１２—０４
燃料电池发动机是燃料电池汽车设计研究与开 发的主要内容口］。热管理对燃料电池发动机的性 能、寿命和运行安全具有决定性影响，是燃料电池发 动机研究与开发的核心关键技术之一Ｅ２－４］。
燃料电池发动机热管理是从系统集成和整体的 角度控制并且优化燃料电池发动机的热量传递过 程，完善地管理并合理利用热能、冷却散热及节能降 耗，改善燃料电池发动机的性能［５］。
本研究模拟计算的边界条件为，流入风扇的空 气温度为２０℃，压力为１０５ Ｐａ。
２ 结果与分析
２．１ 热管理系统对燃料电池堆性能的影响 热管理系统通过影响燃料电池堆温度，对燃料
电池发动机的性能产生影响。热管理系统的运行参 数主要包括风扇转速和水泵转速。第１４页图２比 较了电流密度为０．５ Ａ／ｃｍ２时，不同水泵转速下， 风扇转速对于燃料电池堆温度、单片电池电压、发热 功率以及发动机效率的影响。本研究中将燃料电池 发动机效率定义为
９６ ４８７ Ｃ／ｍｏｌ；“为单片电池电压，单位为Ｖ。
冷却水流经燃料电池堆带走的热量为
ｑ，＝（ｈＡ）。Ａｔ。一
Ｔ １个
（ｈＡ）。（Ｔ一三旦Ｌ｝三韭），
（２）
厶
式中，Ｔ为电池堆温度，单位为Ｋ；（ｈＡ）。为电池堆
传热参数，本计算中为６ ０００ Ｗ／Ｋ。
当电池堆处于热平衡状态时，则毒＝奇，。 式（１）中电池电压Ｖｋ的计算采用半经验模型， 其经验参数取自参考文献Ｅｌｏ一１１］中，是由某活化面 积为２３２ ｃｍ２，Ｎａｆｉｏｎｌｌ７型质子交换膜燃料电池的
ＴＥＲ２．
１ 热管理系统模型
燃料电池发动机的热管理系统由散热器、风扇、 水箱、水泵和管路等组成，与燃料电池堆相连接，以 去离子水为冷却工质。图１所示的燃料电池发动机 热管理系统模型中，燃料电池堆为唯一的热源，热能
通过流体网络传递；该 模型忽略了燃料电池 堆通过其他途径散出 的热量。首先建立各 部件模型，然后按照图 １的连接关系建立系统 模型。 １．１ 燃料电池堆模型
收稿日期：２００６—０４—２７；修回日期：２００６—１１—２３ 基金项目：国家８６３计划重大专项资金资助（２００３ＡＡ５０１１００） 作者简介：陈潇（１９８１一），女，辽宁省清原县人，硕士，主要研究方向为发动机流动与传热
万方数据
２００６年１２月
陈潇，等：车用燃料电池发动机热管理系统研究
试验结果拟合得到。考虑电化学反应机理可得电池 电压方程
燃料电池发动机在实际运行中，改变输出功率 是通过改变电流密度来实现的。随着电流密度的改 变，电池堆发热功率也会有明显变化，需要对热管理 系统进行调节，以防止电池堆过热影响寿命和运行 安全或温度过低降低效率。水泵转速为２ ０００ ｒ／ ｍｉｎ时，电流密度从０．２０ Ａ／ｃｍ２增至０．６５ Ａ／ｃｍ２， 为保持电池堆温度在３４３ Ｋ，需按照图３所示的风 扇转速曲线进行调节。由图可知，在电流密度增大 的过程中，电池堆发热功率迅速提高，必须合理控制 风扇转速。
万方数据
２００６年１２月
陈潇，等：车用燃料电池发动机热管理系统研究
·
１５ ·
联形式下，热管理系统流动阻力减小，水泵功耗降 低，系统效率较高。因此，两散热器并联的形式散热 效果较好，且能够降低系统的功耗。
ｃ）采用双散热器并联式热管理系统布置，在散 热能力与节能方面均优于双散热器串联式。 参考文献：
［１］Ｙｏｋｏｙａｍａ Ｔ，Ｎａｇａｎｕｍａ Ｙ，Ｋｕｒｉｙａｍａ Ｋ，ｅｔ ａ１．Ｄｅ— ｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ Ｂｕｓ［Ｃ］］．ＳＡＥ Ｐａｐｅｒ ２００３－０１—
刁刀。 一２——Ｐ——－， －ｉｉ１Ｎ十ｌ—ｐｑ—一－－天一Ｗ１，×ＵＵ１０弦０％’，
式中，Ｐ为电池堆输出功率，单位为ｋＷ；Ｎ。为水泵 功耗，单位为ｋＷ；Ｗｆ为风扇功耗，单位为ｋＷ。
由第１４页图２ａ可见，风扇转速由５００ ｒ／ｍｉｎ 增至４ ０００ ｒ／ｍｉｎ，温度曲线的斜率逐渐减小；说明 在风扇转速较低时，电池堆温度对风扇转速十分敏 感，调节其转速能够有效降低电池堆温度；当风扇转 速已经较高时，继续提高虽能够降低温度，但效果不 如转速低时明显。水泵转速较低时，电池堆温度随 水泵转速提高而下降；转速增大到１ ０００ ｒ／ｍｉｎ以 上，继续增加水泵转速已无法使得电池堆温度降低； 但考虑到电池堆温度均匀性的要求，应保持电池堆 进出口冷却水温差在５℃之内，须据此调节水泵转 速至合适数值。本算例中水泵转速在２ ０００ ｒ／ｍｉｎ 以上，通常可满足此项要求。从第１４页图２ａ中还 可观察到，在风扇转速较低时，不同的水泵转速对燃 料电池堆温度影响不大；随着风扇转速提高，水泵转 速对电池堆温度的影响增大，原因是不同工况下传 热过程的主要热阻所在位置不同，风扇转速较低时， 热阻主要位于风侧，转速较高时，热阻主要位于水 侧。第１４页图２ｂ所示的风扇和水泵转速对电池堆 单片电压的影响与对电池堆温度的影响类似。由第 １４页图２ｃ可以看到，风扇转速增大，电池堆发热功 率增加，且风扇转速较低时发热功率对风扇转速较 敏感；水泵转速较低时，增大其数值将使电池堆发热 功率增加，转速增至１ ０００ ｒ／ｍｉｎ以上再继续增加水 泵转速，不会带来发热功率的显著变化；图２ｃ还表 明，在风扇转速较低时，不同水泵转速对电池堆发热
＆Ｔ［１ｎ（ｉ·Ａ）］，
（５）
式中，Ｃ＆为阴极膜／气体界面处的Ｏ。浓度，单位为
ｍｏｌ／ｃｍ３；计算方法参见文献［Ｉｏ一１１］；经验参数ａ，
邑，岛和＆取值分别为一０．９４４×１０～，３．５４×１０～，
７．８×１０＿５和一１．９６×１０一。 欧姆过电位主要由质子交换膜及电池极板电阻
引起，与电流成正比
啪ＩｌＩｎ一一（ｉ·Ａ·Ｒ。ｂｎｌ），
震
脚 组５
钇Ｏ
５００
５６
５４
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ｌ ５００
２ ５００
３ ５００ ４ ０００
风扇转速／ｒ·ｍｉｎ‘ ｂ单片电池电压
１ ５００
２ ５００
３ ５００ ４ ０００
风扇转速／ｒ·ｍｉｎｌ
Ｃ电池堆发热功率 水泵转速
４６
４４ ５００
ｌ ５００
２ ５００
３ ５００
风扇转速／ｒ·ｍｉｎ。
４ ０００
ｄ效率
第６期（总第１６６期） ２００６年１２月
·电子控制·
车用发动机
ＶＥＨＩＣＬＥ ＥＮＧＩＮＥ
Ｎｏ．６（Ｓｅｒｉａｌ Ｎｏ．１６６） ＤｅＣ．２００６
车用燃料电池发动机热管理系统研究
陈 潇，汪茂海，张扬军，张钊
（清华大学汽车工程系汽车安全与节能国家重点实验室，北京 １０００８４）
摘要：建立了车用燃料电池发动机热管理系统模型，该模型能考虑系统内各部件闯及部件与电池堆间的相互
万方数据
车用发动机
２００６年第６期
垂；
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０．６９
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